传感器课后习题答案.ppt

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1、第第1 1章章|1.1 1.1 某位移传感器，在输入量变化某位移传感器，在输入量变化5 mm5 mm时，输出电压变时，输出电压变化为化为300 mV,300 mV,求其灵敏度。求其灵敏度。解：解：|1.2 1.2 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：节的灵敏度为：S S1 1=0.2mV/=0.2mV/、S S2 2=2.0V/mV=2.0V/mV、S S3 3=5.0mm/V=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度，求系统的总的灵敏度。解：解：下页下页上页上页返回返回图库图库|1.3 1.3 测得某检测装置的一组输入输出数据如下：

2、测得某检测装置的一组输入输出数据如下：a)a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)b)用用C C语言编制程序在微机上实现。语言编制程序在微机上实现。解：解：下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.31.3 拟合直线灵敏度拟合直线灵敏度 0.68,0.68,线性度线性度 7%7%下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.4 1.4 某温度传感器为时间常数某温度传感器为时间常数 T=3s T=3s 的一阶系统，的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的温差的1/

3、31/3和和1/21/2所需的时间。所需的时间。解：设温差为解：设温差为R,R,测此温度传感器受幅度为测此温度传感器受幅度为R R的阶跃响应的阶跃响应为为(动态方程不考虑初态动态方程不考虑初态)下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.5 1.5 某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0t=0时，输出为时，输出为10mV;t10mV;t时，输出为时，输出为100mV;100mV;在在t=5st=5s时，时，输出为输出为50mV,50mV,试求该传感器的时间常数。试求该传感器的时间常数。解：此题与炉温实验的测飞升曲线类似解：此题与炉温实

4、验的测飞升曲线类似:下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.8 1.8 什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.11 1.11 试求下列一组数据的各种线性度：试求下列一组数据的各种线性度：1)1)理论（绝对）线性度，

5、给定方程为理论（绝对）线性度，给定方程为y=2.0 x;y=2.0 x;2)2)端点线性度；端点线性度；3)3)最小二乘线性度。最小二乘线性度。下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.111.11解：解：理论线性度：理论线性度：端点线性度：端点线性度：由两端点做拟和直线由两端点做拟和直线 中间四点与拟合直线误差：中间四点与拟合直线误差：0.17 0.16 0.21 0.080.17 0.16 0.21 0.08 所以，所以，下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.111.11最小二乘线性度：最小二乘线性度：所以，所以，下页下页上页上页返回返回图库图库第第1 1章章|1.

6、111.11下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.2 2.2 如如图图F1-1F1-1所所示示电电路路是是电电阻阻应应变变仪仪中中所所用用的的不不平平衡衡电电桥桥的的简简化化电电路路，图图中中R R2 2=R=R3 3=R=R是是固固定定电电阻阻，R R1 1与与R R4 4是是电电阻阻应应变变片片，工工作作时时R R1 1受受拉拉，R R4 4受受压压，R表表示示应应变变片片发发生生应应变变后后，电电阻阻值值的的变变化化量量。当当应应变变片片不不受受力力，无无应应变变时时R=0，桥桥路路处处于于平平衡衡状状态态，当当应应变变片片受受力力发发生生应应变变时时，桥桥路路失失去去了了

7、平平衡衡，这这时时，就就用用桥桥路路输输出出电电压压Ucd表表示示应应变变片片应变后的电阻值的变化量。试证明应变后的电阻值的变化量。试证明:U Ucdcd=-(E/2)(R/R)=-(E/2)(R/R)下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.22.2证：证：略去略去 的第二项，即可得的第二项，即可得下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.32.3说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片有哪些主要特性参数？有哪些主要特性参数？答：答：金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基底、金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基底、盖层、粘结剂、引线。

8、分为金属丝式和箔式。盖层、粘结剂、引线。分为金属丝式和箔式。其主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机械其主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机械滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.5 2.5 一个量程为一个量程为10kN10kN的应变式测力传感器，其弹的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm,20mm,内径内径18mm,18mm,在其表面粘贴八各应变片，四个沿周

9、向粘贴，在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为应变片的电阻值均为120120,灵敏度为灵敏度为2.0,2.0,波松比波松比为为0.3,0.3,材料弹性模量材料弹性模量E=2.110E=2.1101111PaPa。要求：。要求：1)1)绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；2)2)计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；3)3)当桥路的供电电压为当桥路的供电电压为10V10V时，计算传感器的输出时，计算传感器的输出电压。电压。下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.52.5解：解：下页下页上页上页返

10、回返回图库图库第第2 2章章|2.52.5解：解：下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.52.5下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.52.5满量程时：满量程时：下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.9 2.9 应变片产生温度误差的原因及减小或补偿应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？温度误差的方法是什么？答：答：下页下页上页上页返回返回图库图库第第2 2章章|2.10 2.10 今有一悬臂梁，在其中上部上、下两面各贴两片应今有一悬臂梁，在其中上部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如图变片，组成全桥，如图F1-5F1-5所示。该梁

11、在其悬臂梁一端所示。该梁在其悬臂梁一端受一向下力受一向下力F=0.5N,F=0.5N,试求此时这四个应变片的电阻值。已试求此时这四个应变片的电阻值。已知：应变片灵敏系数知：应变片灵敏系数K=2.1;K=2.1;应变片空载电阻应变片空载电阻R R0 0=120=120。下页下页上页上页返回返回图库图库|2.102.10解：解：下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.1 3.1 电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？是什么？答：答：种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器磁式、感应同步

12、器 原理：自感、互感、涡流、压磁原理：自感、互感、涡流、压磁下页下页上页上页返回返回图库图库|3.2 3.2 推导差动自感式传感器的灵敏度，并与单极推导差动自感式传感器的灵敏度，并与单极式相比较。式相比较。答：答：差动式灵敏度：差动式灵敏度：下页下页上页上页返回返回图库图库单极式传感器灵敏度：单极式传感器灵敏度：比较后可见灵敏度提高一倍，非线性大大减少。比较后可见灵敏度提高一倍，非线性大大减少。|3.2 3.2 推导差动自感式传感器的灵敏度，并与单极推导差动自感式传感器的灵敏度，并与单极式相比较。式相比较。答：答：下页下页上页上页返回返回图库图库衔铁下移衔铁下移衔铁下移衔铁下移 对上式作线性处

13、理，对上式作线性处理，忽略高次项忽略高次项：泰勒级数：忽略高次项忽略高次项,灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度S S为：为：为：为：单极式传感器灵敏度：单极式传感器灵敏度：2 2、差动变间隙式自感传感器、差动变间隙式自感传感器、差动变间隙式自感传感器、差动变间隙式自感传感器v 差动式原理：差动式原理：差动变隙式由两个相差动变隙式由两个相同的线圈和磁路组成。同的线圈和磁路组成。当被测量通过导杆使当被测量通过导杆使衔铁上下位移时，两个回衔铁上下位移时，两个回路中磁阻发生大小相等、路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化，形成差方向相反的变化，形成差动形式。动形式。差动差动差动差动变间隙式自感传感器变间隙式自感传

14、感器变间隙式自感传感器变间隙式自感传感器衔铁下移：衔铁下移：衔铁下移：衔铁下移：忽略高次项：忽略高次项：忽略高次项：忽略高次项：第第3 3章章|3.4 3.4 分析分析变间隙式变间隙式电感传感器出现非线性的原因，电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？并说明如何改善？答：答：从上式可知从上式可知L与与之间是非线性关系之间是非线性关系,衔铁位移引起衔铁位移引起的气隙变化的气隙变化,原因是改变了空气隙长度原因是改变了空气隙长度变间隙式电感传感器的测量范围变间隙式电感传感器的测量范围L0与灵敏度与灵敏度S及线及线性度相矛盾性度相矛盾,为了减小非线性误差为了减小非线性误差,实际测量中广实际测量中广

15、泛采用差动变隙式电感传感器。泛采用差动变隙式电感传感器。改善方法是让初始改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加，空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加，这样的话最好使用差动式传感器，其灵敏度增加非线这样的话最好使用差动式传感器，其灵敏度增加非线性减少。性减少。下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.5 3.5 图图F1-7F1-7所所示示一一简简单单电电感感式式传传感感器器。尺尺寸寸已已示示于于图图中中。磁磁路路取取为为中中心心磁磁路路，不不记记漏漏磁磁，设设铁铁心心及及衔衔铁铁的的相相对对磁磁导导率率为为10104 4，空空气气的的相相对对磁磁导导率率

16、为为1 1，真真空空的的磁磁导导率率为为4 41010-7-7HmHm-1-1,试试计计算算气气隙隙长长度度为为零零及及为为2mm2mm时时的的电电感感量量。图图中中所所注注尺尺寸寸单位均为单位均为mm.mm.下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.53.5解：解：下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.53.5下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.7 3.7 简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能的应用场合。的应用场合。|答：答：电涡流效应电涡流效应P62P62，有有高频反射式、低频透射式高频反射式、低频透射式电涡流

17、传感器两种电涡流传感器两种，应用场合：利用高频反射测量，应用场合：利用高频反射测量金属物体的位移、振动等参数的测量；金属物体的位移、振动等参数的测量；有低频透射涡流有低频透射涡流测厚仪，探伤，描述转轴运动轨迹轨迹仪。测厚仪，探伤，描述转轴运动轨迹轨迹仪。下页下页上页上页返回返回图库图库第第3 3章章|3.8 3.8 简述压磁效应，并与应变效应进行比较。简述压磁效应，并与应变效应进行比较。下页下页上页上页返回返回图库图库答：答：压磁效应：某些铁磁物质在外界机械力的作压磁效应：某些铁磁物质在外界机械力的作用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改变的现

18、象。只有在一定条件下压磁效应才有单位特变的现象。只有在一定条件下压磁效应才有单位特性，但不是线性关系。性，但不是线性关系。应变效应：导体产生机械变形时，它的电阻值应变效应：导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相应发生变化。在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比。相对变化与应变成正比。第第4 4章章|4.1 4.1 推导差动式电容传感器的灵敏度，并与单极式电容传推导差动式电容传感器的灵敏度，并与单极式电容传感器相比较。感器相比较。下页下页上页上页返回返回图库图库|解：差动式电容传感器的灵敏度解：差动式电容传感器的灵敏度:单极式电容传感器：单极式电

19、容传感器：可见差动式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍，可见差动式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍，而且非线性也大为减小。而且非线性也大为减小。第第4 4章章|4.2 4.2 根据电容传感器的工作原理说明它的分类，根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？电容传感器能够测量哪些物理参量？下页下页上页上页返回返回图库图库答：原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。答：原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。如果不考虑其边缘效应，其电容为如果不考虑其边缘效应，其电容为C=S/d 式中式中为两个极为两个极板间介质的介电常数，板间介质的介电常数，S为两个极

20、板对有效面积，为两个极板对有效面积，d为两个为两个极板间的距离。极板间的距离。由此式知，改变电容由此式知，改变电容C的方法有三：的方法有三：其一为改变介质的介电常数；其二为改变形成电容的有其一为改变介质的介电常数；其二为改变形成电容的有效面积；其三为改变各极板间的距离，而得到的电参数的效面积；其三为改变各极板间的距离，而得到的电参数的输出为电容值的增量输出为电容值的增量 这就组成了电容式传感器。这就组成了电容式传感器。第第4 4章章|4.24.2 类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介电常数型电容传感器。器、变介电常数型电容传感器。电容传感

21、器可用来测量直线位移、角位移、振动电容传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等厚度等 下页下页上页上页返回返回图库图库第第4 4章章|4.4 4.4 总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以及使用中应注意的

22、问题。以及使用中应注意的问题。下页下页上页上页返回返回图库图库4.4答：答：优点：优点：a温度稳定性好温度稳定性好 b结构简单、适应性强结构简单、适应性强 c动响应好动响应好 缺点：缺点：a可以实现非接触测量，具有平均效应可以实现非接触测量，具有平均效应 b输出阻抗高、负载能力差输出阻抗高、负载能力差 c寄生电容影响大寄生电容影响大第第4 4章章|4.44.4输出特性非线性：输出特性非线性：电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传感器，在位移、压力、厚度、物位、湿度、一种传感器，在位移、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等

23、方面得到了振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了广泛的应用。广泛的应用。使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消除使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消除和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；防和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；防止和减小外界的干扰。止和减小外界的干扰。下页下页上页上页下页下页上页上页返回返回图库图库|4.5 4.5 试推导图试推导图F1-8F1-8所示变电介质电容式位移传感所示变电介质电容式位移传感器的特性方程器的特性方程C=f(x)C=f(x)。设真空的介电系数为。设真空的介电系数为0 0,2 21 1 ，以及极板宽度为，以及极板宽度为W W。其他参数如

24、图。其他参数如图F1-F1-8 8所示。所示。解：（自己推到）解：（自己推到）下页下页上页上页返回返回图库图库解：如图（解：如图（1）所示的变介电质电容式传感器的结构可等效）所示的变介电质电容式传感器的结构可等效为图（为图（2）。）。此变介电质电容式传感器的电容此变介电质电容式传感器的电容C可看作左半部分电容和右可看作左半部分电容和右半部分电容并联，而左半部分电容介电质为，极板间距为，半部分电容并联，而左半部分电容介电质为，极板间距为，电容量记为电容量记为C1，右半部分又可看作电介质为，极板间距为，右半部分又可看作电介质为，极板间距为的电容的电容C2和介电质为，极板间距为的电容和介电质为，极板

25、间距为的电容C3相串联。相串联。所以有所以有:下页下页上页上页返回返回图库图库下页下页上页上页返回返回图库图库整理得整理得 将将C1、C2、C3代入：代入：第第4 4章章|4.7 4.7 简述电容式传感器用差动脉冲调宽电路的工简述电容式传感器用差动脉冲调宽电路的工作原理及特点。作原理及特点。并绘制并绘制C、D及低通滤波器的输出及低通滤波器的输出电压波形电压波形。|（P90P90）下页下页上页上页返回返回图库图库下页下页上页上页返回返回图库图库答：工作原理：假设传感器处于初始状态，即答：工作原理：假设传感器处于初始状态，即Cx1=Cx2=C0且且A点为高电平，即点为高电平，即UA=U,UB=0。

26、此时此时UA经过经过Rl对对Cx1充电，使电容两极板间的电压按指充电，使电容两极板间的电压按指数规律上升，当数规律上升，当UcE时，比较器时，比较器A1翻转，输出端呈负翻转，输出端呈负电平，触发器也跟着翻转，电平，触发器也跟着翻转，Q端端(即即A点点)由高电平降为低由高电平降为低电平，同时电平，同时B点电压点电压(即即)由低电平升为高电平；此时，由低电平升为高电平；此时，Cx1上充有电荷将经二极管上充有电荷将经二极管D1迅速放电。由于放电时间常迅速放电。由于放电时间常数极小，数极小，Uc迅速降为零，这又导致比较器迅速降为零，这又导致比较器A1再翻转成输再翻转成输出为正。出为正。从触发器输出端升

27、为高电平开始，从触发器输出端升为高电平开始，UB即经过即经过R2按指数规按指数规律对律对Cx2充电，充电，D点电位开始上升，当点电位开始上升，当UDE时，比较器时，比较器A1翻转，其输出端由正变为负，使触发器翻转，其输出端由正变为负，使触发器FF又一次翻转，又一次翻转，使端为低电平，使端为低电平，Q端为高电平于是充在端为高电平于是充在Cx2上的电荷经上的电荷经D2放电，放电，D点电压迅速降为零，点电压迅速降为零，A2复原，同时复原，同时A点的高点的高电位开始经电位开始经Dl对对Cx1充电，又重复上述过程。充电，又重复上述过程。波形如右图所示：波形如右图所示：第第5 5章章|5.1 5.1 答：

28、磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转答：磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电信号的一种传感器。换为电信号的一种传感器。电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测量的一种装置。量的一种装置。磁电式传感器具有频响宽、动态范围大的特点。磁电式传感器具有频响宽、动态范围大的特点。而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动态态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动态测量。测量。磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、位移、压

29、力、振动、转速。位移、压力、振动、转速。下页下页上页上页返回返回图库图库5.1 磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？器主要用于测量哪些物理参数？|5.25.2答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。转速等。霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。载电势，可用输出的电压表示。温度补偿方法：

30、温度补偿方法：a a分流电阻法：分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。适用于恒流源供给控制电流的情况。b b电桥补偿法电桥补偿法 下页下页上页上页返回返回图库图库5.2 霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？|5.35.3答：一块长为答：一块长为l l、宽为、宽为d d的半导体薄片置于磁感应强度的半导体薄片置于磁感应强度为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I I流过流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动

31、势时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势U Uh h。这种现象称为霍尔效应。霍尔组件多用这种现象称为霍尔效应。霍尔组件多用N N型半导体材型半导体材料，且比较薄。料，且比较薄。霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围（输出电势变化）大、无触点，使用寿命长、可围（输出电势变化）大、无触点，使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成电路化，因此在测量技术、靠性高、易微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术自动控制、电磁测量、计算

32、装置以及现代军事技术等领域中得到广泛应用。等领域中得到广泛应用。下页下页上页上页返回返回图库图库5.3 简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能的应用简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能的应用场合。场合。|6.16.1答：某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，答：某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产

33、生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生应。反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。效应。压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料有机高分子聚合材料下页下页上页上页返回返回图库图库|6.1 6.1 什什么么是是压压电电效效应应？压压电电效效应应有有哪哪些些种种类类？压压电电传传感感器器的的结结构构和和应应用用特特点点

34、是是什什么么？能能否否用用压压电电传传感感器测量静态压力？器测量静态压力？第第6 6章章|6.16.1结构和应用特点：结构和应用特点：在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。出电荷，提高灵敏度。使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，使用时，两片压电芯片上必须有一定的预

35、紧力，以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系下页下页上页上页返回返回图库图库第第6 6章章|6.16.1 因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路

36、一定的电流。故压电传感器只能作动并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。态测量。下页下页上页上页返回返回图库图库第第6 6章章|6.2 6.2 为为什什么么压压电电传传感感器器通通常常都都用用来来测测量量动动态态或或瞬瞬态参量？态参量？|6.26.2答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。量动态或瞬态参量。下页下页上页上页返回返回图库图库第第7 7章章|7.17.1答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的答：当用光照射物

37、体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。产生电动势等）。这种现象称为光电效应。下页下页上页上页返回返回图库图库|7.1 什么是光电效应？什么是光电效应？第第8 8章章|8.18.1答：热电阻传感器分为以下几种类型：答：热电阻传感器分为以下几种类型：铂电阻传感器：特点是精度高、稳定性好、性铂电阻传感器：特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要作为标准电阻温度计使用，也常被用能可靠。主要作为标准电阻

38、温度计使用，也常被用在工业测量中。此外，还被广泛地应用于温度的基在工业测量中。此外，还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递，是目前测温复现性最好的一种。准、标准的传递，是目前测温复现性最好的一种。铜电阻传感器：价钱较铂金属便宜。在测温范铜电阻传感器：价钱较铂金属便宜。在测温范围比较小的情况下，有很好的稳定性。温度系数比围比较小的情况下，有很好的稳定性。温度系数比较大，电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易较大，电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易提纯，价格便宜。不足之处是测量精度较铂电阻稍提纯，价格便宜。不足之处是测量精度较铂电阻稍低、电阻率小。低、电阻率小。下页下页上页上页返回返回图库图库

39、8.1 热电阻传感器主要分为几种类型？它们应用热电阻传感器主要分为几种类型？它们应用在什么不同场合？在什么不同场合？第第8 8章章|8.18.1 铁电阻和镍电阻：铁和镍两种金属的电阻温度铁电阻和镍电阻：铁和镍两种金属的电阻温度系数较高、电阻率较大，故可作成体积小、灵敏度系数较高、电阻率较大，故可作成体积小、灵敏度高的电阻温度计，其缺点是容易氧化，化学稳定性高的电阻温度计，其缺点是容易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性差，而且电阻值与温度的线差，不易提纯，复制性差，而且电阻值与温度的线性关系差。目前应用不多性关系差。目前应用不多下页下页上页上页返回返回图库图库|8.28.2答：答：热电动势：两

40、种不同材料的导体（或半导体）热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A A、B B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。有电流产生相应的热电势那么回路中就会存在热电势。有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取子，其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和决于两导体的性

41、质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。尺寸无关。温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。同而产生的一种电势。下页下页上页上页返回返回图库图库|8.2 什么叫热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电什么叫热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法素，并说明减小误差的方法。第第8 8章章|8.28.2 热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的 热电效应热

42、电效应。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。小。热电偶三定律：热电偶三定律：a a 中间导体定律：中间导体定律：热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电

43、偶回路总的热电势间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时，连接导线及显示一不产生影响。在用热电偶测温时，连接导线及显示一起等均可看成中间导体。起等均可看成中间导体。下页下页上页上页返回返回图库图库第第8 8章章|8.28.2 b b 中间温度定律：中间温度定律：任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为T T，冷端，冷端为为T T 时的热电势等于该热电偶热端为时的热电势等于该热电偶热端为T T冷端为冷端为TnTn时的时的热电势与同一热电偶热端为热电势与同一热电偶热端为TnTn，冷端为，冷端为T T0 0 时热电势时热电势的代数和。

44、的代数和。应用：对热电偶冷端不为应用：对热电偶冷端不为0 0度时，可用中间温度定度时，可用中间温度定律加以修正。热电偶的长度不够时，可根据中间温律加以修正。热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。度定律选用适当的补偿线路。c c参考电极定律：参考电极定律：如果如果A A、B B两种导体（热电极）分别与第三种导体两种导体（热电极）分别与第三种导体C C下页下页上页上页返回返回图库图库第第8 8章章|8.28.2（参考电极）组成的热电偶在结点温度为（参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T T，T T0 0 ）时）时分别为分别为 和和 ，那么受相同温度，那么受相同温度下，又下，又A

45、 A、B B两热电极配对后的热电势为两热电极配对后的热电势为 实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。误差因素：参考端温度受周围环境的影响误差因素：参考端温度受周围环境的影响 下页下页上页上页返回返回图库图库第第8 8章章|8.28.2减小误差的措施有：减小误差的措施有：a 0 a 0o oC

46、C恒温法恒温法 b b 计算修正法（冷端温度修正法）计算修正法（冷端温度修正法）c c 仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法 d d 热电偶补偿法热电偶补偿法 e e 电桥补偿法电桥补偿法 f f 冷端延长线法冷端延长线法 下页下页上页上页返回返回图库图库第第8 8章章|8.3 8.3 试述热电偶测温的基本原理和基本定理。试述热电偶测温的基本原理和基本定理。|答：答：8.3 8.3 见见8.28.2 或（或（P171P171）。）。下页下页上页上页返回返回图库图库第第8 8章章|8.48.4答：电阻温度计利用电阻随温度变化的特性来测量温答：电阻温度计利用电阻随温度变化的特性来测量温度。热电偶温

47、度计是根据热电效应原理设计而成的。度。热电偶温度计是根据热电效应原理设计而成的。前者将温度转换为电阻值的大小，后者将温度转换前者将温度转换为电阻值的大小，后者将温度转换为电势大小。为电势大小。相同点：都是测温传感器，精度及性能都与传感相同点：都是测温传感器，精度及性能都与传感器材料特性有关。器材料特性有关。下页下页上页上页返回返回图库图库8.4 试比较电阻温度计与热电偶温度计的异同点。试比较电阻温度计与热电偶温度计的异同点。考试题型一、填空题（每空1分，共15分）二、判断题（每小题2分，共10分）三、单选题（每小题2分，共10分）四、简答题（每小题510分，共25分）五、计算题（34题，共40分）